CN111623105B - 一种工业机器人rv减速器健康程度量化评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工业机器人RV减速器健康程度量化评价方法：S1将采集到的工业机器人工作状态时RV减速器产生的振动信号、温度信号和电压信号去除噪声后计算特征指数，再根据公式得到RV减速器的健康指数；S2，将健康指数代入公式解方程得到当前RV减速器的使用寿命；S3，将使用寿命投入公式中得到RV减速器的健康预测公式。本发明能够有效地预测RV减速器的健康状态，直观明显地向管理者展示RV减速器的生命周期，有利于提前做好部件更换的准备，避免突发故障导致工厂生产受损的情况。适用性强可以根据每台设备的实际情况调整。
Description
技术领域
本发明涉及工业机器人加工技术领域及数据分析技术领域，特别是涉及工业机器人RV减速器健康程度量化评价方法。
背景技术
RV减速器具有结构紧凑、运动精度高、运行平稳、传动比大、承载能力高、振动小、噪声低和能耗低、适用性强、安全可靠等优点，广泛应用于工业机器人，是工业机器人的核心部件。它的健康状态影响着工业机器人的工作性能。随着工业自动化的程度不断提高，工业机器人的应用也逐渐普遍化，提高了工厂生产的效率和产品的良率，一旦机器人故障，将带来不良影响。减速器的过热、磨损、损坏等情况都会影响机器人的正常工作，由于RV减速器安装在机器人内部，在故障发生前难以发现其异常，现有的检测技术也不能对减速器的故障事件提前预防，是企业生产面临的一个痛点。
因此需要有一种能够有效监测、预防RV减速器故障的方法，并且能够直观明显地向管理者展示RV减速器的生命周期，有利于提前做好部件更换的准备，避免突发故障导致工厂生产受损的情况。
发明内容
有鉴于此，针对现有的RV减速器存在的问题，本发明提供一种工业机器人RV减速器健康程度量化评价方法，通过对RV减速器进行数据采集分析，对减速器的健康状态进行实时监测、预测，为管理者提供数据支持，以有效解决上述技术背景中存在的问题。
本发明采用以下技术方案实现：
S1，将采集到的工业机器人工作状态时RV减速器产生的振动信号、温度信号和电压信号预处理后计算特征指数，根据公式得到RV减速器当前的健康指数h；
S2，将健康指数代入公式解方程得到RV减速器的使用寿命t；
S3，将使用寿命投入公式中得到RV减速器的健康预测公式。
其中S1的具体步骤如下：
S11，使用属性的中心度量填补缺失值，检测异常值并处理；
S12，利用处理后的数据计算特征指数；
S13，将RV减速器损坏程度指数s代入公式得到RV减速器当前健康指数h。
其中所述的S2的特征指数计算步骤如下：
S121，计算如下10个数据特征：振动的均值、振动的标准差、峰度因子、裕度因子、有效值、波形因数、能量、谱峭度标准差、电压的均值、温度的均值；
S122，将数据特征代入公式计算得到振动信息指数EI、磨损信息指数AI、干扰信息指数RI、摩擦信息指数FI；
S123，将振动信息指数EI、磨损信息指数AI、干扰信息指数RI、摩擦信息指数FI带入公式得到RV减速器损坏程度指数s。
进一步的一种工业机器人RV减速器健康程度量化评价方法，其特征在于，所述步骤S122中振动信息指数EI由振动信号的均值u、振动信号的标准差s、振动信号的有效值rms代入公式计算得到，所述的公式为：
EI＝Cln((|u|+CSs+1)×rms)，其中C为振动修正常数CS为偏差修正常数
磨损信息指数AI由振动信号的裕度因子I、峰度因子K、波形因数Sf、谱峭度标准差St代入公式得到：
其中CI、CKK、CSf分别为裕度修正常数、峰度修正常数、形状修正常数
干扰信息指数RI由电压信号的均值V代入如下公式计算得到：
其中N为电压的经验常值
摩擦信息指数FI由能量E、温度信号的均值T代入如下公式计算得到：
FI＝C1(E-M(Tg-T)),其中C1为摩擦修正常数M为热容修正常数Tg为经验工作温度。
进一步的一种工业机器人RV减速器健康程度量化评价方法，其特征在于，所述步骤S123，公式如下：
s＝EI×(B×AI+D×FI)+RI
B、D为确定的权数由特征的时间单调性决定，公式为：
其中n是测量点的数量，m是受监控的机器数量,diff(dj)＝dj(t)-dj(t-1)
进一步的一种工业机器人RV减速器健康程度量化评价方法，其特征在于，所述步骤S13，公式为：h＝100-s
进一步的一种工业机器人RV减速器健康程度量化评价方法，其特征在于，所述步骤S2，公式如下：
其中Th为当前同款型RV减速器的经验寿命指数，A、Δ为修正系数。
进一步的一种工业机器人RV减速器健康程度量化评价方法，其特征在于，所述步骤S3，公式如下：
其中T为当前到预测点之间的时间，H为时间T后的健康预测值，Rt为减速器的剩余寿命。
本发明的有益效果
本发明提供了一种对工业机器人RV减速器健康状态实时监测预测的方法，通过对建立预测性公式，能监测减速器的健康状态，预测健康指数，并直观展示减速器的全生命周期，为管理者提供数据支持，辅助决策，能够提前做好维修工作，避免影响工厂生产，同时还可以优化维护时间，节约人力成本。本发明可以针对智能工厂内多种工业机器人的RV减速器，适用性广泛。
附图说明
图1是一种工业机器人RV减速器健康程度量化评价方法的步骤流程图；
图2是工业机器人RV减速器的振动原始信号大窗和小窗示意图；
图3是工业机器人RV减速器的温度原始信号图；
图4是工业机器人RV减速器的电压原始信号图；
图5是工业机器人RV减速器健康指数预测曲线。
具体实施方式
以下结合附图通过具体实施例对本发明作进一步的描述，这些实施例仅用于说明本发明，并不是对本发明保护范围的限制。
S1，将采集到的工业机器人工作状态时RV减速器产生的振动信号、温度信号和电压信号去除噪声后计算特征指数，再根据公式得到RV减速器当前的健康指数h；
S2，将健康指数代入公式解方程得到当前RV减速器减速器的使用寿命t；
S3，将使用寿命代入公式中得到RV减速器的健康预测公式。
所述步骤S1中，C＝2.31 CS＝1.2 CI＝1.2 CK＝0.3 CSf＝0.8
N＝2.5 C1＝1.83×10-3 M＝390 Tg＝55 B＝1.4 D＝2.7，
EI＝1.2 AI＝2.4 FI＝3.7 RI＝1.41，
s＝EI×(B×AI+D×FI)+RI＝17.43
计算获得的健康指数h为82.57，
所述步骤S2中，Δ＝130 A＝320 ψ＝4.8 K＝0.31 Th＝1790计算获得的使用寿命为1580(day)。
所述步骤S3中,得到剩余使用寿命预测公式为：
其中t＝1580，T为当前到预测点之间的时间，H为时间T后的健康预测值，Rt为减速器剩余寿命(day)。
如图5工业机器人RV减速器的健康指数预测曲线所示，随着RV减速器剩余寿命的减少，其健康指数不断下降，直观展示了减速器的健康状态，当健康指数降低时，能够预测出减速器的剩余生命周期，对减速器的健康状态进行量化，有利于企业管理者提前做好更换维修的准备工作。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种工业机器人RV减速器健康程度量化评价方法，其特征在于，包括步骤如下：
S1，将采集到的工业机器人工作状态时RV减速器产生的振动信号、温度信号和电压信号预处理后计算特征指数，根据公式得到RV减速器的健康指数h；
S2，将健康指数代入公式解方程得到RV减速器的使用寿命t；
S3，将使用寿命投入公式中得到RV减速器的健康预测公式；
其中，S1的步骤如下：
S11，将已采集到的工业机器人工作状态时RV减速器产生的振动信号、温度信号和电压信号预处理；
S12，利用处理后的数据计算特征指数；
S13，将RV减速器损坏程度指数s代入公式得到RV减速器当前健康指数h；
S11信号预处理的方法是使用属性的中心度量填补缺失值，检测异常值并处理；
S12的具体步骤如下：
S121，计算如下数据特征：振动的均值、振动的标准差、峰度因子、裕度因子、有效值、波形因数、能量、谱峭度标准差、电压的均值、温度的均值，共10个；
S122，将数据特征代入公式计算得到振动信息指数EI、磨损信息指数AI、干扰信息指数RI、摩擦信息指数FI；
S123，将振动信息指数EI、磨损信息指数AI、干扰信息指数RI、摩擦信息指数FI带入公式得到RV减速器损坏程度指数s；
步骤S122中振动信息指数EI由振动信号的均值u、振动信号的标准差s、振动信号的有效值rms代入公式计算得到，所述的公式为：
EI＝Cln((|u|+Css+1)×rms)，其中C为振动修正常数，CS为偏差修正常数，ln()为对数函数，
所述的磨损信息指数AI由振动信号的裕度因子I、峰度因子K、波形因数Sf、谱峭度标准差St代入以下公式得到：
其中CI、CIK、CSf分别为裕度修正常数、峰度修正常数、形状修正常数，
所述的干扰信息指数RI由电压信号的均值V代入公式计算得到，所述的公式为：
其中N为电压得经验常值，
所述的摩擦信息指数FI由能量E、温度信号的均值T计算得到，所述的公式为：
FI＝C(E-M(Tg-T)),
其中C为摩擦修正常数，M为热容修正常数，Tg为经验工作温度；
步骤S123，公式如下：
s＝EI×(d×AI+D×FI)+RI,d、D为确定的权数由特征的时间单调性决定，公式为:
其中n是测量点的数量，m是受监控的机器数量,diff(dj)＝dj(t)-dj(t-1)，numberofpositivediff(dj)表示集合{dj}中diff(dj)大于0的个数，numberofnegativediff(dj)表示集合{dj}中diff(dj)小于0的个数,dj(t)为序号为j的设备在时间t对应的磨损信息指数AI的数值；
步骤S13，公式为：h＝100-s。
2.根据权利要求1所述的一种工业机器人RV减速器健康程度量化评价方法，其特征在于，所述步骤S2，公式如下：
其中Th为当前同款型RV减速器的经验寿命指数，C、Δ为修正系数，A为设定的修正系数，为设定的放缩修正常数，k为设定的时间修正常数。
3.根据权利要求1所述的一种工业机器人RV减速器健康程度量化评价方法，其特征在于，所述步骤S3，公式如下：
其中T为当前到预测点之间的时间，H为时间T后的健康预测值，Rt为RV减速器剩余寿命，Δ为修正系数，A为设定的修正系数，为设定的放缩修正常数，k为设定的时间修正常数。
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